Accelerated ageing method with chlorine dioxide: application to additive free polyamide 66

Méthode de vieillissement accéléré au dioxyde de chlore : application au polyamide 66 non stabilisé et non chargé

J. Dauseins (1, 2) , C. El Mazry (1, 2) , J. Mallet (1) , X. Colin (2) , O. Correc (1)

1 CSTB - Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
2 PIMM - Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux

With the aim to study the long-term behavior of accessories used in the tap domestic water supply system, the Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) has developed a tool dedicated to accelerated ageing tests with chlorine dioxide in the experimental platform Aquasim. First studies performed with this tool show that this tap water disinfectant also attacks polymeric materials. Initially used for destroying micro-organisms, it is not totally selective since it also initiates oxidation radical chains in polymeric materials. This study is focused on additive free PA 66. Thin films samples were exposed to chlorine dioxide then characterized at different structural scales in the laboratory. One observes an oxidation and a sharp and extremely important decrease in the molar mass of PA 66 regardless the tested chlorine dioxide concentration. PA 66 embrittlement happens when the number average molar mass becomes lower than a critical value of about 17 ± 2 kg/mol. A kinetic model has been deduced from the mechanistic scheme of oxidation initiated by the radical attack of chlorine dioxide to predict, in a near future, the material lifetime. The model simulations match with experimental results.

Dans l'objectif d'étudier à long terme des accessoires utilisés dans les réseaux intérieurs d'eau, le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) a mis au point un banc d'essai de vieillissement accéléré au dioxyde de chlore sur sa plateforme expérimentale Aquasim. Les premières études réalisées avec le banc montrent que ce désinfectant de l'eau potable attaque aussi les matériaux polymères. Initialement utilisé pour détruire les micro-organismes, il n'est pas totalement sélectif puisqu'il initie également des chaînes radicalaires d'oxydation dans les matériaux polymères. Dans le cadre de ces travaux, le polyamide 66 (PA 66) pur a été étudié. Des films minces ont été exposés au dioxyde de chlore, puis caractérisés à différentes échelles structurales au laboratoire. On observe une oxydation accompagnée d'une baisse brutale et extrêmement importante de la masse molaire du PA 66 quelle que soit la concentration en dioxyde de chlore testée. La fragilisation du PA 66 intervient dès que sa masse molaire moyenne en nombre devient inférieure à une valeur critique de l'ordre de 17 ± 2 kg/mol. Un modèle cinétique a été dérivé du schéma mécanistique d'oxydation initiée par l'attaque radicalaire du dioxyde de chlore pour prédire, dans un avenir proche, la durée de vie du matériau. Les simulations de ce modèle sont en accord avec les résultats expérimentaux.

Mots clés: water distribution systems inside buildings; chlorine dioxide; polyamide 66; chemical degradation; embrittlement; WATER DISTRIBUTION SYSTEMS; DOMESTIC WATER SYSTEMS; ACCELERATED AGEING

Mots clés: RESEAUX INTERIEURS; DISTRIBUTION D'EAU; VIEILLISSEMENT ACCELERE; CHLORE DIOXYDE; POLYAMIDE; DEGRADATION CHIMIQUE; FRAGILISATION

Domaines: Polymères; Matériaux; Mécanique [physics.med-ph]

J. Dauseins, C. El Mazry, J. Mallet, X. Colin, O. Correc. Méthode de vieillissement accéléré au dioxyde de chlore : application au polyamide 66 non stabilisé et non chargé. TSM. Techniques Sciences Méthodes – Génie urbain, génie rural, 2014, 5, pp. 63-75. ⟨10.1051/tsm/201405063⟩. ⟨hal-01063388⟩